類蒸汽汽提法預處理變換單元高氨氮酸性冷凝液

馮正坤，周永松

（中國石化巴陵分公司化肥事業部，湖南岳陽 414003）

某粉煤氣化裝置的變換單元采用低水汽比工藝，其工藝冷凝液經汽提塔汽提后，汽提液再經汽提塔分離器分離，約2 t/h的高濃度氨氮廢水與系統內甲醇廢水匯合送往廢水處理裝置。由于該股廢水中氨氮化物、硫化物及COD均超高，有時氨氮濃度高達10 000 mg/L以上，易對生化廢水的處理工藝造成沖擊，導致總排出口的總氮含量超標。

1 廢水處理技術

常見的氨氮廢水處理技術如表1所示，這些方法都能有效去除廢水中的氨氮，但真正應用于煤化工廢水處理的并不多，特別是煤化工的高濃度氨氮廢水，其處理技術的選擇取決于高氨氮、高COD和含硫化物等的綜合處理。

國內多采用吹脫法、汽提法、化學沉淀法和生物脫氮法處理高濃度氨氮廢水，國外則以化學沉淀法和生物脫氮法為主[2]。汽提精餾脫氨成套技術在工業應用中可將氨氮含量為2 000～25 000 mg/L的廢水處理為氨氮含量不高于15 mg/L，并可回收濃度為15%～20%的濃氨水[3]。汽提法采用精餾原理實現含氨氮廢水脫氨的目的。影響氨氮脫除效率的因素包括裝置設計是否合理、廢水流量、蒸汽量、吹脫（分離）溫度、氣液分離空間以及氨處理系統是否適宜[4]。

表1 氨氮廢水處理技術

2 類蒸汽汽提法原理

氨汽提法是氨氮廢水處理物理法的一種。在高溫狀態下，利用空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當的平衡分壓的壓差，使水中溶解氣體和揮發性溶質穿過氣液界面向氣相轉移，從而達到脫除污染物的目的。類蒸汽汽提法是在汽提法的基礎上根據煤化工工藝裝置的特點，將變換單元的氣相組成換熱后，介質溫度仍高于100℃，從而不需要外引熱源（蒸汽），就能在分離塔中達到氣液分離的目的。

廢水中的氨氮通常以銨離子（NH4+）和游離氨（NH3）的狀態存在。在分離塔中，氣相與火炬管線相通，壓力接近大氣壓，根據道爾頓分壓定律，溶質氣體在液面上的分壓隨著氣體的壓力下降而大大降低；根據亨利定律，由于液面上溶質氣體的分壓降低，為保持氣液平衡，水中溶解的氨不斷從液相逸出而進入氣相，使廢水中氨氮濃度隨著分壓降低而降低，因此通過控制分離過程，使其中的氨揮發逸出，氨在水中的溶解度與溫度的關系如圖1所示。

圖1 氨在水中的溶解度與溫度的關系

圖2 變換單元工藝冷凝液廢水處理流程

3 變換單元高氨氮酸性冷凝液對生化廢水處理的影響

某煤氣化裝置變換單元及低溫甲醇洗單元產生的工藝冷凝液送入汽提塔（T-2101），經低壓蒸汽汽提后，塔頂蒸汽經塔頂除沫器進入汽提塔冷凝器管側，被循環水冷卻為汽提液，進入汽提塔分離器（F-2106），分離出的高濃度氨氮酸性冷凝液送廢水處理裝置，不冷凝的酸性氣體去酸性氣火炬。

目前，F-2106分離出的酸性冷凝液與界區內甲醇廢水匯合后，送往生化廢水處理裝置，由于F-2106酸性冷凝液屬于高濃度氨氮廢水，氨氮含量為11 200 mg/L，硫化物含量為526 mg/L，COD含量為3 230 mg/L，超出了生化廢水裝置現有處理能力，造成外排口總氮含量超標。變換單元工藝冷凝液廢水處理流程見圖2。

4 改造及優化措施

將T-2101塔頂經E-2110冷卻后的汽提液溫度由50℃提升至105℃，盡可能將高氨氮成分帶進氣相，直排火炬系統焚燒。循環水換熱器更換為脫鹽水換熱器（E-2118）；F-2106分離后的液相通過管道送往氣化裝置儲槽，在氣化污廢水分離系統中重新進行汽提閃蒸，再送生化污水處理裝置處理實現達標排放。

改造后變換單元工藝冷凝液含高氨氮污廢水處理流程見圖2，虛線部分為新增和改造設施，脫鹽水換熱器E-2118采用溫度調節閥TV-2140對其殼程出口汽提液進行調溫，在75～105℃實現自由調控，以保障設備及裝置的正常運行。

表2 汽提塔分離器出口氣液相組成 %

5 改造效果

為確保現有裝置運行穩定，工藝方案選定時，選取了75℃和105℃ 2個換熱溫度條件進行對比，不同溫度下汽提塔分離器出口氣液相組成見表2。

從表2可以看出，在50℃時，排火炬的氣相中NH3體積分數只有0.000 2%，75℃為0.002 3%，105℃為0.024 8%，濃度成10倍級增加，總量則從75℃時的1 092.3 kg/h提高到105℃時的1 282.2 kg/h；液相中75℃為0.081 6%，105℃為0.057 8%，總量則從75℃時的234.7 kg/h下降到105℃時的44.8 kg/h，保證了F-2106外排的廢水與甲醇來的廢水混合后，經生化處理后能達標排放。

分離處理后廢水中逸出的氨氣因含硫高、繼續回收其中的氨投資太大，因此暫送火炬系統焚燒處理。此類蒸汽汽提法適用于處理連續排放的高濃度氨氮廢水，其操作條件與吹脫法類似，氨氮去除率高。

T-2101頂部出口汽提氣的溫度為148℃，存在著繼續提溫空間，繼續提溫后汽提塔分離器分離出口氣/液相組成見表3。從表3可以看出，135℃的液相總量為27.0 kg/h，而138℃的液相總量更是低至9.0 kg/h，大幅降低了生化處理量。而若將脫鹽水換熱器E-2118切出，塔頂出口汽提氣不經冷卻148℃直接進火炬系統，液相總量將基本沒有。

6 結論

煤氣化變換單元的工藝冷凝液使用類蒸汽汽提法進行預處理，經汽提后酸性冷凝液廢水中高氨氮物質、有機物及含硫化合物大量氣化分離，氣相引入火炬系統處理，液相以較少量進入生化單元，小于生化單元的可接受量，由此保證經生化處理后，廢水能達標排放。

表3 繼續提溫后汽提塔分離器出口氣/液相組成 %